JP4147190B2 - β−ケトエステル化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、キノロン系抗生剤のシプロフロキサシン（Ciprofloxacin）、レボフロキサシン（Levofloxacin）、ジェミフロキサシン（Gemifloxacin）、トロバフロキサシン（Trovafloxacin）等の合成に中間体として有用な下記一般式（１）のβ−ケトエステル化合物の新しい製造方法に関するものである。
（１）
式中、Ｒ１はＣ１−Ｃ４−アルキルまたはベンジルを示し、
Ｘ及びＹはそれぞれＣｌ、Ｆ、またはＮＯ２を示し、及び
ＱはＣ−Ｈ、Ｃ−Ｆ、Ｃ−ＮＯ２、またはＮを示す。
前記一般式（１）の化合物から製造されるキノロン系抗生剤は強力な抗菌作用を示すので、ヒトや動物の細菌感染の治療用薬剤として非常に有用に使われている。
式中、Ｒ１はＣ１−Ｃ４−アルキルまたはベンジルを示し、
Ｘ及びＹはそれぞれＣｌ、Ｆ、またはＮＯ２を示し、及び
ＱはＣ−Ｈ、Ｃ−Ｆ、Ｃ−ＮＯ２、またはＮを示す。
前記一般式（１）の化合物から製造されるキノロン系抗生剤は強力な抗菌作用を示すので、ヒトや動物の細菌感染の治療用薬剤として非常に有用に使われている。
一般式（１）の化合物は従来下記反応式１に示されたように、３段階の製造工程を通じて製造される。
反応式１
式中、Ｒ１，Ｘ，Ｙ及びＱは前記同義であり、
Ｒは金属、ＨまたはＲ１を示し、及び
ＨＡは酸を意味する。
反応式１
Ｒは金属、ＨまたはＲ１を示し、及び
ＨＡは酸を意味する。
前記反応式１によると、化合物（２）の二トリル基を加水分解反応してカルボキシル基に転換させ（参照：ヨーロッパ特許０３３３０２０Ａ２，１９８９；米国特許５，２０４，４７８，１９９３）、生成された化合物（３）を塩化チオニルと反応させてアシルクロリド化合物（４）を得た。化合物（４）はマロン酸ジエチル及びマグネシウムエトキシドと共に反応させるか（参照：Chem. Pharm. Bull. Jpn., 1990, 38, 3211）、エチルマロン酸及ｎ−ブチルリチウムと共に反応させるか（参照: J. Med. Chem., 1986, 29, 2363）、マロン酸エチルカリウム及びメチルマグネシウムブロミドと共に反応させるか、マロン酸エチルカリウム、リチウムクロリド及びクロロトリメチルシランと共に反応させるか（参照:大韓民国特許公開第98-47902号）、マグネシウムクロリド及びマロン酸エチルカリウムと共に反応させて（参照: J. Org. Chem., 1985, 50, 2622; Synthesis., 1993, 290; Org. Prep. Proc. Int., 1997, 29,231; European Patent No. 0449445 A2,1991）、目的とするβ−ケトエステル化合物（１）を形成する。
本発明者らはより便利で有効的な方法によって前記３段階製造工程を改善して、一般式（１）の化合物を製造しようと努力した。本発明者らは、ブレーズ（Blaise）反応（参照: J. Org. Chem., 1983, 48, 3833）を利用すれば、前記３段階製造工程をワンポット方法に単純化することができると予測した。
しかし、一般的に知らされたブレーズ反応では、反応に使われる亜鉛金属を予め別途の活性化段階を通じて活性化しなければならない。その典型的な方法は、亜鉛金属を酸水溶液で洗浄、濾過し、有機溶媒で洗浄した後、乾燥する複雑な方法である（参照: Tetrahedron, Asymmetry, 1998, 9, 805; J. Org. Chem., 1983, 48, 3833）。さらに、出発物質に対して亜鉛金属は５〜１５倍モル量、そして、アルキルα−ハロアセテートは３〜５倍モル量をそれぞれ使用しているので、大量の副産物が生成され、この方法を大量生産に適用することは不適切であった。
それで、本発明者らは前記言及したブレーズ反応の問題点を解決するために集中的な研究を行なった。その結果、反応液に触媒量の有機酸またはその誘導体を加えて、亜鉛金属を同一反応系(in situ)で活性化させれば、亜鉛金属の活性化のための複雑な別途の段階を避けることができ、反応に使用される亜鉛金属とアルキルα−ハロアセテートの量をそれぞれ、出発物質に対して、等モル量〜２．０倍モル量に減少でき、収率も安定的に保持できることを確認し、本発明を完成した。
従って、本発明は、一般式（１）のβ−ケトエステル化合物を製造する有効的な製造方法を提供することを目的とする。以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明は、下記一般式（２）のニトリル化合物を溶媒中で亜鉛金属、触媒量の有機酸またはその誘導体の存在下に下記一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物と反応させた後、これを酸水溶液存在下で加水分解することを特徴とする、下記一般式（１）の化合物を製造する方法に関する。
（１）
（２）
（５）
式中、Ｒ１、Ｘ、Ｙ及びＱはそれぞれ前記同義であり、
ＷはＢｒまたはＩを示す。
本発明は、下記一般式（２）のニトリル化合物を溶媒中で亜鉛金属、触媒量の有機酸またはその誘導体の存在下に下記一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物と反応させた後、これを酸水溶液存在下で加水分解することを特徴とする、下記一般式（１）の化合物を製造する方法に関する。
式中、Ｒ１、Ｘ、Ｙ及びＱはそれぞれ前記同義であり、
ＷはＢｒまたはＩを示す。
本発明に係る前記方法は、従来の３段階製法をブレーズ反応（参照: J.Org.Chem. 1983, 48, 3833）を利用してワンポット反応に単純化すると同時に、亜鉛金属を新しい方式で、反応溶液内で直接活性化させて安定した収率の提供と亜鉛金属及びα−ハロアセテートの使用量を減らし、経済的利点を向上させる長所を持っている。
本発明者らは、下記反応式２に示したように、一般式（２）のニトリル化合物を活性化された亜鉛金属及び一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物と反応させてエナミノエステル（enamino esters）中間体を形成し、このエナミノエステル中間体を酸水溶液で処理して目的とする一般式（１）のβ−ケトエステル化合物が形成されることを確認した。
反応式２
反応式２
本発明に係る方法では、まず、溶媒中で亜鉛金属に触媒量の有機酸またはその誘導体を添加してから、還流攪拌して亜鉛金属を活性化させる。次ぎに、一般式（２）のニトリル化合物を加えた後、一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物を滴下した。反応完了後、生成混合物は酸水溶液を使用して加水分解反応させて所望の一般式（１）の化合物を得た。以下で、詳しく、その具体的反応条件を説明した。
溶媒としては、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン及びエーテルよりなる群から選択された１つ以上を使用できる。純度及び収率面で最も好ましくはテトラヒドロフランを使用する。
一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物は０．５〜２時間かけて滴下し、滴下時間を１〜１．５時間範囲にしたときに、最も満足できる純度及び収率が得られた。一般式（５）の化合物は一般式（２）の化合物に対して等モル〜２．０倍モル量を使用することが好ましい。特に、一般式（５）の化合物は、Ｒ１がＣ１−Ｃ４−アルキルの化合物を使用することが好ましく、これらの中でも、メチルまたはエチルハロアセテートよりイソプロピルハロアセテートを使用する場合、収率が良い。しかし、イソプロピルハロアセテートよりはｔ−ブチルハロアセテートがさらに良い。
亜鉛金属はダストまたはパウダー形態で好ましく使用され、一般式（２）の化合物に対して等モル〜２．０倍モル量の量を使用することが好ましい。亜鉛金属を溶媒と共に還流攪拌する温度は、通常６０〜１２０℃の範囲内である。亜鉛金属の活性化に添加する有機酸またはその誘導体としては、ＲＣＯ２Ｈ、ＲＳＯ３Ｈ、ＲＣＯ２ＴＭＳ、ＲＳＯ３ＴＭＳ及び（ＲＳＯ３）２ＮＨ（ここで、Ｒは水素、ハロゲンにより任意に置換された炭素数１〜６の飽和または不飽和アルキル、またはハロゲンにより任意に置換された炭素数６〜１２の飽和または不飽和アリールを示す。）よりなる群から選択された１つ以上を使用することが好ましい。有機酸またはその誘導体は一般式（２）の化合物に対して０．００１〜０．１倍モル量の触媒量を使用することが好ましい。
エナミノエステル中間体を加水分解する段階では、塩酸または硫酸の酸水溶液を使用することができる。前記酸の使用量は一般式（２）の化合物に対して、２〜５倍モル量とすることが純度及び収率面で好ましい。酸水溶液は０〜１０℃温度範囲で滴下し、加水分解反応は２０〜３０℃の温度範囲で遂行することが好ましい。
特に、一般式（２）の化合物で、Ｘ及びＹがそれぞれＣｌ、ＱがＮを示す下記一般式（２ａ）の化合物を反応し、酸水溶液で加水分解して固体生成物を得た後、簡単な濾過及び洗浄によって下記一般式（１ａ）の化合物を得ることができる。
（２ａ）
（１ａ）
カラムクロマトグラフィーのように大量生産に適用するのが難しい精製段階を使用せず、簡単な濾過及び洗浄工程で目的物を精製することができるので、この方法は工業的用途において非常に有利である。このとき、最良の結果は、−５〜１０℃の温度範囲で静置し、低温度（−５〜１０℃）エタノールまたはエタノールと水の混合溶媒（７：３〜４：１混合物，ｖ／ｖ）を使用してろ過ケーキを洗浄した後、生成物を濾過することから得られる。
特に、一般式（２）の化合物で、Ｘ及びＹがそれぞれＣｌ、ＱがＮを示す下記一般式（２ａ）の化合物を反応し、酸水溶液で加水分解して固体生成物を得た後、簡単な濾過及び洗浄によって下記一般式（１ａ）の化合物を得ることができる。
カラムクロマトグラフィーのように大量生産に適用するのが難しい精製段階を使用せず、簡単な濾過及び洗浄工程で目的物を精製することができるので、この方法は工業的用途において非常に有利である。このとき、最良の結果は、−５〜１０℃の温度範囲で静置し、低温度（−５〜１０℃）エタノールまたはエタノールと水の混合溶媒（７：３〜４：１混合物，ｖ／ｖ）を使用してろ過ケーキを洗浄した後、生成物を濾過することから得られる。
前記説明したように反応を行なった結果、一般式（２）のニトリル化合物から一般式（１）のβ−ケトエステル化合物を有効的に得ることができた。本発明に係るブレーズ反応に使われる亜鉛金属は、 同一反応系(in situ)で少量の有機酸またはその誘導体を利用し活性化されているので、亜鉛金属を活性化させるための別途の方法の要求条件を避けることができた。さらに、亜鉛金属及び反応物の当量を最小化し、酸加水分解のとき、未反応亜鉛金属の分解によって生成される水素発生量を減らすことが出来た。従って、反応の安全性面が改善された。
従って、本発明に係る方法は、以前の方法と比較して安定した収率と単純な操作上の便利を提供し、生産性の向上、及びコストの節減を強化した。
以下、本発明を下記実施例に基づいてより具体的に説明する。しかし、これらの実施例は本発明の理解を助けるためにだけであって、これらが本発明の請求範囲を何ら制限するものではない。
実施例１
エチル ３−（２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジル）−３−オキソプロパノエートの製造
亜鉛末（zinc dust）１．０３ｇにテトラヒドロフラン１０．０ｍＬとメタンスルホン酸６．０ｍｇを加え、混合物を還流攪拌した。混合物に２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジルカルボニトリル２．０ｇを加えた後、ブロモ酢酸エチル２．２７ｇを１時間かけて滴下した。滴下終了後、反応混合物をさらに０．５時間還流攪拌した。反応混合物を０〜１０℃に冷却し、３Ｎ塩酸水溶液１０ｍＬを加え、混合物をゆっくり常温まで暖めた。反応液を２時間攪拌して生成された固体は０〜５℃で２時間静置した。このようにして得られた固体を濾過し、同じ温度のエタノール及び水の混合溶媒（７：３，ｖ／ｖ）で洗浄して表題化合物を７８％（２．３ｇ）の収率で得た。
エチル ３−（２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジル）−３−オキソプロパノエートの製造
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ
エノール形態 (80%): 12.55 (s, 1H), 7.82 (d, J=7.6Hz, 1H), 5.81 (s, 1H), 4.27 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.33 (t, J=7.2Hz, 3H)
ケト形態 (20%): 7.82 (d, J=7.6Hz, 1H), 4.18 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.08 (s, 2H), 1.24 (t, J=7.2Hz, 3H)
質量 (APCI, m/z): 278 (M-H, 43), 264 (38), 232 (24), 214 (100)
エノール形態 (80%): 12.55 (s, 1H), 7.82 (d, J=7.6Hz, 1H), 5.81 (s, 1H), 4.27 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.33 (t, J=7.2Hz, 3H)
ケト形態 (20%): 7.82 (d, J=7.6Hz, 1H), 4.18 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.08 (s, 2H), 1.24 (t, J=7.2Hz, 3H)
質量 (APCI, m/z): 278 (M-H, 43), 264 (38), 232 (24), 214 (100)
比較例１
エチル ３−（２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジル）−３−オキソプロパノエートの製造
活性化された亜鉛金属３．４ｇとテトラヒドロフラン１５ｍＬを反応容器に導入して混合物を還流攪拌した。混合物にブロモ酢酸エチルを数滴滴下し、混合物を１時間攪拌した。２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジルカルボニトリル１ｇとブロモ酢酸エチル３．５ｇを１時間かけてゆっくり滴下した後、混合物を３０分間さらに還流攪拌して常温まで冷却した。反応混合物を０〜１０℃に冷却し、３Ｎ塩酸水溶液（３０ｍＬ）を加えて、混合物をゆっくり常温まで暖めた。反応溶液を２時間攪拌した。ＴＬＣで反応完結を確認した後、テトラヒドロフランを減圧蒸留下で除去した。残留物を酢酸エチルで抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶離液：ジエチルエーテル／ｎ−ヘキサン＝１／１０，ｖ／ｖ）で精製して表題化合物を８８％（１．３ｇ）の収率で得た。
エチル ３−（２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジル）−３−オキソプロパノエートの製造
活性化された亜鉛金属３．４ｇとテトラヒドロフラン１５ｍＬを反応容器に導入して混合物を還流攪拌した。混合物にブロモ酢酸エチルを数滴滴下し、混合物を１時間攪拌した。２，６−ジクロロ−５−フルオロ−３−ピリジルカルボニトリル１ｇとブロモ酢酸エチル３．５ｇを１時間かけてゆっくり滴下した後、混合物を３０分間さらに還流攪拌して常温まで冷却した。反応混合物を０〜１０℃に冷却し、３Ｎ塩酸水溶液（３０ｍＬ）を加えて、混合物をゆっくり常温まで暖めた。反応溶液を２時間攪拌した。ＴＬＣで反応完結を確認した後、テトラヒドロフランを減圧蒸留下で除去した。残留物を酢酸エチルで抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶離液：ジエチルエーテル／ｎ−ヘキサン＝１／１０，ｖ／ｖ）で精製して表題化合物を８８％（１．３ｇ）の収率で得た。
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ
エノール形態 (90%): 12.55 (s, 1H), 7.82 (d, J= 7.6Hz, 1H), 5.81 (s, 1H), 4.27 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.33 (t, J= 7.2Hz, 3H)
ケト形態 (10%): 7.82 (d, J= 7.6Hz, 1H), 4.18 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.08 (s, 2H), 1.24 (t, J= 7.2Hz, 3H)
質量(APCI): 278 (M-H, 43), 264 (38), 232 (24), 214 (100)
エノール形態 (90%): 12.55 (s, 1H), 7.82 (d, J= 7.6Hz, 1H), 5.81 (s, 1H), 4.27 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.33 (t, J= 7.2Hz, 3H)
ケト形態 (10%): 7.82 (d, J= 7.6Hz, 1H), 4.18 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.08 (s, 2H), 1.24 (t, J= 7.2Hz, 3H)
質量(APCI): 278 (M-H, 43), 264 (38), 232 (24), 214 (100)
実施例２
エチル２，４，５−トリフルオロベンゾイルアセテートの製造
テトラヒドロフラン５．０ｍＬ中の亜鉛末（zinc dust）１２５ｍｇの攪拌された懸濁液にメタンスルホン酸１．０ｍｇを加え、混合物を還流攪拌した。混合物に２，４，５−トリフルオロベンゾニトリル２００ｍｇを加えた後、ブロモ酢酸エチル２７６ｍｇを１時間かけて滴下した。滴下終了後、混合物をさらに０．５時間還流攪拌した。反応混合物を０〜１０℃に冷却し、３Ｎ塩酸水溶液１ｍＬを加え、混合物をゆっくり常温まで暖めた。反応溶液を２時間攪拌した。テトラヒドロフランを減圧蒸留下に除去した。残留物を酢酸エチルで抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶離液：エチルアセテート／ノーマルヘキサン＝１／１０，ｖ／ｖ）で精製して表題化合物を８０％（２５０ｍｇ）収率で得た。
エチル２，４，５−トリフルオロベンゾイルアセテートの製造
1H NMR (400MHz, CDCl3) δ
エノール形態 (75%): 12.15 (s, 1H), 7.47 (q, J=7.8Hz, 1H), 7.04 (q, J=7.8Hz, 1H), 5.91 (s, 1H), 4.26 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.32 (t, J=7.2Hz, 3H)
ケト形態 (25%): 7.66 (q, J=7.8Hz, 1H), 7.04 (q, J= 7.8Hz, 1H), 4.16 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.10 (s, 2H), 1.21 (t, J=7.2Hz, 3H)
質量 (FAB, m/z): 247 (M+H)
エノール形態 (75%): 12.15 (s, 1H), 7.47 (q, J=7.8Hz, 1H), 7.04 (q, J=7.8Hz, 1H), 5.91 (s, 1H), 4.26 (q, J=7.2Hz, 2H), 1.32 (t, J=7.2Hz, 3H)
ケト形態 (25%): 7.66 (q, J=7.8Hz, 1H), 7.04 (q, J= 7.8Hz, 1H), 4.16 (q, J=7.2Hz, 2H), 4.10 (s, 2H), 1.21 (t, J=7.2Hz, 3H)
質量 (FAB, m/z): 247 (M+H)
一般式（１）の化合物の製造するための新しいワンポット方法は、安定的な収率、生産性の向上、且つ生産コストの節減という面で従来の３段階工程に比べて優れている。
Claims (16)
- 下記一般式（２）のニトリル化合物を、溶媒中で亜鉛金属、触媒量の有機酸またはその誘導体の存在下に、下記一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物と反応させた後、これを酸水溶液存在下に加水分解することを特徴とする下記一般式（１）の化合物を製造する方法：
式中、Ｒ１はＣ１−Ｃ４−アルキルまたはベンジルを示し、
Ｘ及びＹはそれぞれ独立にＣｌ、ＦまたはＮＯ２を示し、
ＷはＢｒまたはＩを示し、及び
ＱはＣ−Ｈ、Ｃ−Ｆ、Ｃ−ＮＯ２またはＮを示し、
有機酸またはその誘導体は、ＨＣＯ２Ｈ、ＨＣＯ２ＴＭＳ，ＲＣＯ２Ｈ，ＲＳＯ３Ｈ、ＲＣＯ２ＴＭＳ，ＲＳＯ３ＴＭＳおよび（ＲＳＯ３）２ＮＨから選択される１以上のものであり、Ｒは１〜６の炭素原子を有し、場合によりハロゲンにより置換された飽和または不飽和アルキル、または６〜１２の炭素原子を有し、場合によりハロゲンによって置換されたアリールである。） - ワンポット反応（one-pot reaction）として進行する請求項１に記載の方法。
- 溶媒がテトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン及びエーテルよりなる群から選択された１つ以上である請求項１に記載の方法。
- 溶媒がテトラヒドロフランである請求項３に記載の方法。
- 一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物で、Ｒ１がＣ１−Ｃ４−アルキルである請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 一般式（５）のアルキルα−ハロアセテート化合物が一般式（２）の化合物に対して等モル〜２．０倍モル量で使われる請求項５に記載の方法。
- 亜鉛金属が一般式（２）の化合物に対して等モル〜２．０倍モル量で使われる請求項１に記載の方法。
- 亜鉛金属がダストまたはパウダー形態である請求項１または７に記載の方法。
- 有機酸またはその誘導体が一般式（２）の化合物に対して０．００１〜０．１倍モル量の触媒量で使われる請求項１に記載の方法。
- 酸水溶液が塩酸水溶液または硫酸水溶液である請求項１に記載の方法。
- 酸水溶液が塩酸水溶液である請求項１０に記載の方法。
- 酸が一般式（２）の化合物に対して２〜５倍モル量で使われる請求項１０に記載の方法。
- 酸水溶液を０〜１０℃温度範囲で滴下し、加水分解反応を２０〜３０℃の温度範囲で遂行する請求項１０に記載の方法。
- 請求項１の反応において、一般式（２）の化合物で、Ｘ及びＹがそれぞれＣｌ、ＱがＮである下記一般式（２ａ）の化合物を反応し、加水分解して固体生成物を得た後、濾過及び洗浄して下記一般式（１ａ）の化合物を得る請求項１に記載の方法：
- エタノールまたはエタノールと水の混合溶媒を使用して洗浄を行なう請求項１４に記載の方法。
- エタノールと水の混合溶媒で混合比率が７：３〜４：１（ｖ／ｖ）である請求項１５に記載の方法。
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